CN220798222U - 基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器 - Google Patents
基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220798222U CN220798222U CN202322332769.0U CN202322332769U CN220798222U CN 220798222 U CN220798222 U CN 220798222U CN 202322332769 U CN202322332769 U CN 202322332769U CN 220798222 U CN220798222 U CN 220798222U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- band
- butterworth
- pass filter
- stage amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，包括依次相连的输入匹配模块(1)、第一级放大器模块(2)、巴特沃兹滤波器(3)、第二级放大器模块(4)和输出匹配模块(5)；巴特沃兹滤波器(3)和输出匹配模块(5)之间还设有与第二级放大器模块(4)相并联的负反馈网络模块(6)。本实用新型具有可以只接收工作频率范围内的信号并且能够抑制工作频率范围外的带外低频和带外高频信号，减小信号之间干扰，提高系统的通信质量的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及低噪声放大器，特别是一种基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的发展，无线通信系统在不断更新升级，通信质量也不断提升。因此，对于通信系统中的收发机的要求也在不断的提升。低噪声放大器作为收发机的关键单元之一，低噪声放大器位于整个接收系统的前端，用来接收从天线发送出来的电磁波信号进行放大，所以信号的频率决定了低噪声放大器的工作频率，也决定了接收链路的性能和整个无线通信的质量。
在传统的低噪声放大器的设计过程中，匹配结构一般采用低通结构来实现，然而在一些特别应用中，往往希望只接收所需频率范围内的信号，并且抑制工作频率外的带外高频和带外低频信号，减小信号之间干扰，从而提高信号质量，而这些性能是低通结构的低噪声放大器所无法实现的。
因此，亟需研发一款可以只接收工作频率范围内的信号并且能够抑制工作频率范围外的带外低频和带外高频信号，减小信号之间干扰，提高系统的通信质量的低噪声放大器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器。本实用新型具有可以只接收工作频率范围内的信号并且能够抑制工作频率范围外的带外低频和带外高频信号，减小信号之间干扰，提高系统的通信质量的特点。
本实用新型的技术方案：基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，包括依次相连的输入匹配模块、第一级放大器模块、巴特沃兹滤波器、第二级放大器模块和输出匹配模块；巴特沃兹滤波器和输出匹配模块之间还设有与第二级放大器模块相并联的负反馈网络模块。
前述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器中，所述输入匹配模块的输入端与射频信号源相连，输出匹配模块的输出端与射频信号输出端相连。
前述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器中，所述第一级放大器模块和第二级放大器模块均采用源极负反馈结构。
前述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器中，第一级放大器模块和第二级放大器模块均包括晶体管，晶体管的源极连接有源极反馈电感。
前述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器中，晶体管为砷化镓半导体化合物场效应管。
与现有技术相比，本实用新型通过使用巴特沃兹带通滤波器进行第一级放大器和第二级放大器之前的极间匹配，完成第一级放大器输出阻抗到第二级输入阻抗的阻抗变化；同时能够对输入第一级放大器的输出型号进行进一步滤波，抑制工作频带外的信号，减少信号之间的干扰，进一步提高信号质量，提高接收机的性能。
经电路最终仿真结果显示，如图4-8所示，在工作频带5-6GHz内，绝对稳定，噪声系数小于0.5，增益大于15dB，输入输出反射系数小于-10；在工作频带外，增益迅速下降，有效抑制带外信号，提高接收机性能。
综上所述，本实用新型具有可以只接收工作频率范围内的信号并且能够抑制工作频率范围外的带外低频和带外高频信号，减小信号之间干扰，提高系统的通信质量的特点。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图；
图2是本实用新型的结构框图；
图3是源极负反馈结构等效电路图；
图4是巴特沃兹带通滤波器频率响应图；
图5是低噪声放大器增益图；
图6是低噪声放大器的噪声系数图；
图7是低噪声放大器的反射系数图；
图8是低噪声放大器的稳定性能图。
附图中的标记为：1-输入匹配模块，2-第一级放大器模块，3-巴特沃兹滤波器，4-第二级放大器模块，5-输出匹配模块，6-负反馈网络模块，401-晶体管，402-源极反馈电感。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
实施例。本实用新型的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，其整体原理图如图1所示，其具体的电路连接方式如下所述：
RFin与C1的正端连接；
C1的负端与C2的正端、L3的正端均连接到V1；
C2的负端连接到GND；
L3的负端与L4的负端、M1的栅极均连接到V2；
L4的正端连接到R1的负端；
R1的正端与C3的负端、VG均连接到V3；
C3的正端连接到GND；
M1的源极连接到L1的正端；
L1的负端连接到GND；
M1的漏极与L5的负端、C5的正端均连接到V4；
L5的正端与C4的负端、VD均连接到V5；
C4的正端连接到GND；
C5的负端与L6的正端、C6的正端、L7的正端均连接到V7；
L7的负端与C7的正端相连；
C7的负端与L8的正端、C8的正端、C9的正端均连接到V8；
L6的负端与C6的负端、L8的负端、C8的负端、GND均连接到V6；
C9的负端与L9的负端、M2的栅极均连接到V9；
L9的正端与R2的负端相连；
R2的正端与C10的负端、VG均连接到V10；
C10的正端均连接到GND；
M2的源极与L2的正极相连；
L2的负极连接到GND；
M2的漏极与L10的负极、C12的正极均连接到V11；
L10的正极与C11的负极、VD均连接到V12；
C11的正极连接到GND；
C12负极连接到RFout；
其中，M1、M2均为砷化镓半导体化合物场效应管；R1、R2为金属型电阻；L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10为电感；C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12为电容；RFin为射频信号输入端；RFout为射频信号输出端；VD为漏极偏置电压输入端；VG为栅极偏置电压输入端；
本实用新型一种基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器的结构框图如图2所示：
基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器结构至少包括输入匹配网络、第一级放大器、巴特沃兹带通滤波器、第二级放大器、输出匹配网络和负反馈网络。其中：
输入匹配网络的输入端连接射频信号源，输出端连接第一级放大器，将源阻抗匹配到晶体管的最小噪声输入阻抗，使得电路获得最小噪声系数；
第一级放大器的输入阻抗通过输入匹配网络匹到晶体管的最小噪声系数，实现信号的低噪声放大；同时兼顾增益，抑制后级电路的噪声；
巴特沃兹滤波器作为一二极间匹配网络，将第一级放大器的输入阻抗匹配到第二级放大器的输入阻抗；同时巴特沃兹作为带通滤波器，可以有效抑制带外高频和带外低频信号，减少信号之间干扰，进一步提高通信质量；
第二级放大器的输入阻抗通过巴特沃兹滤波器匹配到第一级电路的输出阻抗，进行信号放大，使电路获得最大的信号增益；同时考虑低噪声放大器的功率；
输出匹配网络的输入端连接第二级放大器电路的输出端，输出端连接射频信号输出端，连接后级电路，输出匹配网络将第二级输出阻抗匹配到负载阻抗，保证信号的有效输出；
负反馈网络连接在二级放大器的输入端和输出端，实现低噪声放大器的高增益平坦度性能；
由于共源结构能够提供较低的噪声系数和较高的增益，所以放大器均采用源极负反馈结构，其等效电路如图3所示：
在晶体管的源极引入源极反馈电感Ls，晶体管的输入阻抗Zin可以表示为：
当ωLs＜＜Rds+Ri时，输入阻抗可近似为
由式(2)可以看出，引入反馈电感后，增大了输入阻抗的实数，虚部基本保持不变，通过调节源极电感Ls，使晶体管的输入阻抗点与最佳噪声系数阻抗重合；同时，源极电感不会引入额外的噪声，不使电路噪声系数恶化；除此之外，源极电感还能够提高电路的稳定性。
巴特沃兹滤波器是滤波器的一种，其通带内的频率响应较为平坦，因此也被成为最平坦响应滤波器。采用巴特沃兹滤波器技术，可以设计所有不同类型的滤波器，包括低通、高通、带通、带阻等。本申请采用了带通滤波器。
在设计滤波器电路时主要考虑三个因素，分别是：
工作频带内响应平坦；从通带到阻带过度缓慢；在通带内无失真传输；除此之外，上升和下降时间也起着非常重要的因素。
巴特沃兹滤波器的设计流程如下：
S1、确定巴特沃兹低通滤波器指标：
Ωp：通带截止频率；αp：通带最小衰减，单位dB；Ωs，阻带开始频率；αs，阻带最大衰减，单位dB。
S2、计算归一化频率：
S3、根据设计要求求出阶次N和参数C：
其中，
S4、通过N值查表获得归一化巴特沃兹低通滤波器的系统函数；
S5、变换成需要的带通滤波器：
假设ω为低通滤波器截止频率，ω1和ω2表示通带滤波器的边界，则带通滤波器的工作频率可以代换得到：
其中：Δ表示通带的相对宽度：ω0为中心频率。
将串联电感Lk替换为串联LC电路，元件值为：
同样，将并联电容Ck替换为并联LC电路，其元件为：
设计得到一个巴特沃兹带通滤波器。
Claims (5)
1.基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，其特征在于：包括依次相连的输入匹配模块(1)、第一级放大器模块(2)、巴特沃兹滤波器(3)、第二级放大器模块(4)和输出匹配模块(5)；巴特沃兹滤波器(3)和输出匹配模块(5)之间还设有与第二级放大器模块(4)相并联的负反馈网络模块(6)。
2.根据权利要求1所述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，其特征在于：所述输入匹配模块(1)的输入端与射频信号源相连，输出匹配模块(5)的输出端与射频信号输出端相连。
3.根据权利要求1所述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，其特征在于：所述第一级放大器模块(2)和第二级放大器模块(4)均采用源极负反馈结构。
4.根据权利要求3所述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，其特征在于：第一级放大器模块(2)和第二级放大器模块(4)均包括晶体管(401)，晶体管(401)的源极连接有源极反馈电感(402)。
5.根据权利要求4所述的基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器，其特征在于：晶体管(401)为砷化镓半导体化合物场效应管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322332769.0U CN220798222U (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322332769.0U CN220798222U (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220798222U true CN220798222U (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=90653559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322332769.0U Active CN220798222U (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220798222U (zh) |
-
2023
- 2023-08-30 CN CN202322332769.0U patent/CN220798222U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106712725A (zh) | 一种基于单片微波集成电路的超宽带高增益低噪声放大器 | |
| CN107565912B (zh) | 一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路 | |
| CN111431488B (zh) | 射频功率放大器及通信设备 | |
| Reja et al. | An area-efficient multistage 3.0-to 8.5-GHz CMOS UWB LNA using tunable active inductors | |
| CN110034738B (zh) | 一种基于改进型阻抗匹配网络的超宽带低噪声放大器 | |
| CN110729974A (zh) | 超宽带高增益低噪声放大器 | |
| CN206195723U (zh) | 一种基于单片微波集成电路的超宽带高增益低噪声放大器 | |
| CN116248052A (zh) | 低噪声放大器和射频芯片 | |
| CN109525203B (zh) | 一种基于GaAs pHEMT工艺的中频放大器 | |
| CN114070208A (zh) | 一种基于氮化镓工艺的高增益毫米波宽带超低噪声放大器 | |
| WO2024007727A1 (zh) | 功率放大器 | |
| CN116108794B (zh) | 一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法 | |
| WO2023202310A1 (zh) | 功率放大器及其输入匹配网络 | |
| WO2023093360A1 (zh) | 功率放大器和射频芯片 | |
| CN220798222U (zh) | 基于巴特沃兹带通滤波器的低噪声放大器 | |
| CN217135461U (zh) | 一种小型化宽带功分器电路 | |
| CN113904635B (zh) | 一种高三阶交调点的场效应晶体管射频放大器 | |
| CN214707654U (zh) | 一种cmos超宽带低噪声放大器 | |
| CN211063579U (zh) | 一种x波段低噪声放大器 | |
| CN111277223B (zh) | 一种具有干扰抑制的高阶耦合网络及其应用 | |
| CN112152579B (zh) | 一种无反射放大器 | |
| CN114900138A (zh) | 一种基于SiGe-BiCMOS工艺的共源共基放大器 | |
| CN115622519A (zh) | 基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器及其带外输入1dB压缩点的提升方法 | |
| Malek et al. | Improved two stage ultra-wideband CMOS low noise amplifier with out band rejection using low noise active inductor | |
| CN217522807U (zh) | 一种集成滤波平衡低噪声放大器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |